Hvad er en børsteløs DC-motor, hvordan bygges den og kører

Definition

En børsteløs jævnstrømsmotor kaldes en jævnstrømsmotor, hvis strøm i viklingerne skiftes af en speciel afbryderanordning - den kaldes ”driver” eller ”inverter”, og disse viklinger er altid placeret på statoren. Kontakten består af 6 transistorer, de leverer strøm til en bestemt vikling, afhængigt af rotorens position.

I hjemmelitteratur kaldes sådanne motorer ”ventil” (fordi halvlederafbrydere kaldes ”ventiler”), og der er en opdeling af sådanne elektriske maskiner i to typer i form af mod-EMF. I udenlandsk litteratur fortsætter en sådan forskel, en af ​​dem kaldes analogt med den russiske “BLDC” (børsteløs jævnstrømsdrev eller motor), der bogstaveligt talt lyder som ”børsteløs DC-motor” i deres viklinger vises en trapezformet EMF. Ventilmotorer med en sinusformet EMF kaldes PMSM (Permanent magnet synkron maskine), der oversættes som "synkron elektrisk motor med excitation med permanente magneter."

Enheden og driftsprincippet

Opsamleren i KDPT fungerer som en knude til at skifte strøm i ankervindringerne. I en børsteløs DC-motor (BDT) spilles denne rolle ikke af lamellebørster, men af ​​kommutatoren af ​​den ved halvlederafbrydere - transistorer. Transistorer skifter statorviklinger og skaber et roterende magnetfelt, der interagerer med rotormagnetfeltet. Og når strøm flyder gennem en leder, der er i et magnetfelt, virker den på den Ampere kraftpå grund af virkningen af ​​denne kraft genereres et moment på akslen på elektriske maskiner. Princippet om betjening af enhver elektrisk motor er baseret på dette.

Lad os nu finde ud af, hvordan den børsteløse motor fungerer. 3 viklinger er normalt placeret på BDPT-statoren, analogt med vekselstrømsmotorer kaldes de ofte trefasede. Dette er delvis sandt: børsteløse motorer drives af en jævnstrømskilde (ofte fra batterier), men controlleren tænder viklingerne skiftevis. Det er dog ikke helt korrekt at sige, at vekselstrøm flyder gennem viklingerne. Den endelige form af forsyningsspændingsviklingen dannes af rektangulære transistorstyringsimpulser.

En trefaset børsteløs motor kan være tre-eller fire-ledning, hvor den fjerde ledning er et tryk fra midtpunktet (hvis viklingerne er forbundet langs stjernemønster).

Viklinger eller, med enkle ord, spoler af kobbertråd passer ind i statorens kerne. Afhængigt af drevets design og formål kan statoren have et andet antal tænder. Der er forskellige muligheder for fordeling af fasevindinger langs rotorens tænder, hvilket er illustreret med følgende figur.

Viklingerne af hver af tænderne inden for en fase kan forbindes i serie eller parallelt, afhængigt af de opgaver, der er tildelt designeren med hensyn til magt og øjeblikket for det designede drev, og selve faseviklingerne er forbundet med hinanden i overensstemmelse med mønsteret fra en stjerne eller en trekant, som asynkron eller synkron trefasede vekselstrømsmotorer.

Rotorpositionssensorer kan installeres i statoren. Hallsensorer bruges ofte, de giver et signal til regulatoren, når de påvirkes af rotormagneternes magnetfelt. Dette er nødvendigt for, at regulatoren kan "vide" i hvilken position rotoren er og for at levere strøm til de tilsvarende viklinger. Dette er nødvendigt for at øge effektiviteten og stabiliteten af ​​arbejdet og kort sagt for at skubbe al den mulige kraft ud af motoren. Sensorer installeres normalt 3 stk. Men tilstedeværelsen af ​​sensorer komplicerer en børsteløs motor, der skal ledes yderligere ledninger til strøm- og datalinjer.

I BDTT bruges permanente magneter monteret på rotoren til excitation, og statoren er et anker. Husk, at i samlermaskiner er det omvendt (rotoren er et anker), og til excitation på CD'en bruges både permanente magneter og elektromagneter (viklinger).

Magneter er monteret med skiftende poler, og derfor bestemmer deres antal antallet af par af poler. Men dette betyder ikke, at hvor mange magneter, så lige så mange par poler. Flere magneter kan danne en pol. Antallet af omdrejninger pr. Minut afhænger af antallet af poler, som det er tilfældet med en induktionsmotor (og andre). Det vil sige, fra en controller med de samme indstillinger, børsteløse motorer med et andet antal polpar roterer med forskellige hastigheder.

Typer af BDTT

Lad os nu se, hvordan børsteløse motorer med permanent magnet er. De er klassificeret efter form af mod-EMF, design samt af tilstedeværelsen af ​​rotorposition sensorer. Så der er to hovedtyper, der adskiller sig i form af mod-EMF, som induceres i viklingerne, når rotoren roterer:

• BLDC - i dem en trapesformet anti-EMF;
• PMSM - anti-emf sinusformet.

Ideelt set har de brug for forskellige strømkilder (controllere), men i praksis kan de udskiftes. Men hvis du bruger en controller med en rektangulær eller trapezformet udgangsspænding med en PMSM-motor, vil du høre karakteristiske lyde, der ligner et slag under rotation.

Og med design er børsteløse DC-motorer:

• Med en indvendig rotor. Dette er en mere kendt gengivelse af den elektriske motor, når statoren er et legeme, og skaftet deri roterer. Ofte kaldes de det engelske ord "Inrunner". Denne mulighed bruges normalt til højhastighedselektriske motorer.
• Med en ekstern rotor. Her roterer den ydre del af motoren med en aksel fastgjort til den; på engelske kilder kaldes den "outrunner". Dette enhedskredsløb bruges, når du har brug for et højt øjeblik.

Designet vælges afhængigt af, hvorfor en børsteløs motor er nødvendig i en bestemt applikation.

Den moderne industri producerer børsteløse motorer med og uden rotorpositionssensorer. Faktum er, at der er mange måder at kontrollere BDTT, for nogle af dem er der behov for positionssensorer, andre bestemmer EMFs positioner i viklingerne,de tredje leverer simpelthen strøm til de nødvendige faser, og motoren synkroniserer uafhængigt af hinanden med sådan strømforsyning og går ind i driftsform.

Hovedegenskaber ved børsteløse DC-motorer:

1. Driftsform - lang eller kort.
2. Maksimal driftsspænding.
3. Maksimal arbejdsstrøm.
4. Maksimal effekt.
5. De maksimale omdrejninger angiver ofte ikke omdrejninger, men KV - r / v, det vil sige antallet af omdrejninger pr. 1 volt af den påførte spænding (uden belastning på akslen). For at få den maksimale hastighed - gang dette nummer med den maksimale spænding.
6. Modstanden af ​​viklingen (jo mindre den er, desto højere er effektiviteten) udgør normalt hundrede og tusindedele af Ohm.
7. Faseforskydningsvinklen (timing) er den tid, hvorefter strømmen i viklingen når sit maksimum, dette skyldes dens induktans og koblingslove (strømmen i induktansen kan ikke ændres øjeblikkeligt.

Ledningsdiagram

Som nævnt ovenfor har du brug for en særlig controller til betjening af en børsteløs motor. På aliexpress kan du finde begge sæt fra motoren og controlleren eller separat. Controlleren kaldes også ESC-motoren eller den elektriske hastighedskontroller. De vælges efter styrken af ​​den strøm, der er givet til belastningen.

Normalt er tilslutning af den elektriske motor til regulatoren ligetil og er forståelig selv for dummies. Den vigtigste ting, du har brug for, er, at for at ændre rotationsretningen, er du nødt til at ændre forbindelsen mellem to faser, faktisk såvel som i trefasede asynkron- eller synkronmotorer.

Netværket har en række tekniske løsninger og skemaer, både komplekse og til dummies, som du kan se nedenfor.

I denne video fortæller forfatteren, hvordan man bliver venner med motoren BC "Arduino".

Og i denne video lærer du om forskellige måder at oprette forbindelse til forskellige controllere og hvordan du kan gøre det selv. Forfatteren demonstrerer dette med et eksempel på en motor fra HDD og et par kraftfulde tilfælde - inrunner og outrunner.

For øvrig anvender vi også diagrammet fra videoen til gentagelse:

Hvor børsteløse motorer bruges

Omfanget af sådanne elektriske motorer er forud for bredt plan. De bruges både til at køre små mekanismer: i CD-drev, DVD-drev, harddiske og i kraftfulde enheder: et batteri og et el-værktøj (med en strømforsyning på ca. 12V), radiostyrede modeller (for eksempel quadrocopters), CNC-maskiner til at drive et arbejdsorgan (normalt motorer med en nominel spænding på 24V eller 48V).

BDTT'er bruges i vid udstrækning i elektriske køretøjer, næsten alle moderne motorhjul på elektriske scootere, cykler, motorcykler og biler er børsteløse motorer. For øvrig ligger den nominelle spænding for elektriske motorer til transport i et bredt område, for eksempel kører cykelhjulsmotoren ofte fra 36V eller 48V, med sjældne undtagelser og mere, og i biler er for eksempel Toyota Prius ca. 120V, og på Nissan Leaf - kommer til 400, mens der oplades fra et 220V netværk (dette implementeres ved hjælp af den indbyggede konverter).

Faktisk er omfanget af børsteløse elektromotorer meget omfattende, fraværet af en kollektorknudepunkt gør det muligt at bruge det på farlige steder såvel som på steder med høj luftfugtighed uden frygt for kortslutninger, gnister eller ild på grund af fejl i børsteindretningen. På grund af deres høje effektivitet og gode samlede dimensioner har de fundet anvendelse i rumfartsindustrien.

Fordele og ulemper

Børsteløse DC-motorer har som andre typer elektriske maskiner visse fordele og ulemper.

Fordelene ved BDTT er som følger:

• Takket være excitation med kraftige permanente magneter (for eksempel neodym) er de overordnede med hensyn til drejningsmoment og effekt og har mindre dimensioner end induktionsmotorer. Hvad bruges af de fleste producenter af elektriske køretøjer - fra scootere til biler.
• Der er ingen tændt børsteopsamlerenhed, der kræver regelmæssig vedligeholdelse.
• Når du bruger en høj kvalitetskontrol, i modsætning til den samme CD, forstyrrer de ikke strømforsyningsnetværket, hvilket er især vigtigt i radiostyrede enheder og køretøjer med avanceret elektronisk udstyr i det indre netværk.
• Effektivitet mere end 80, oftere og 90%.
• Høj rotationshastighed, i nogle tilfælde op til 100.000 o / min.

Men der er et betydeligt minus: en børsteløs motor uden en controller er bare et stykke jern med en kobbervikling. Han vil ikke være i stand til at arbejde. Controllere er dyre, og oftest skal de bestilles i onlinebutikker eller med aliexpress. På grund af dette er det ikke altid muligt at bruge BC-motorer i hjemmelavede modeller og enheder.

Nu ved du hvad en børsteløs DC-motor er, hvordan den fungerer, og hvor den bruges. Vi håber, at vores artikel hjalp dig med at sortere alle problemer!

Relaterede materialer:

• Hvad er en rotor og stator
• Sådan samles den enkleste elektriske motor derhjemme
• Forskellen mellem DC og AC